本發(fā)明涉及總溫測試，具體涉及一種基于雙細絲熱電偶的高精度總溫探針，適用于在高亞音速工況下，利用雙絲熱電偶對導熱誤差進行修正，實現(xiàn)流場總溫的高精度測量。

背景技術(shù)：

1、風扇/壓氣機組成的壓縮系統(tǒng)作為航空發(fā)動機三大部件之一，其效率的高低將直接決定航空發(fā)動機的性能。風扇/壓氣機的效率是一個間接測量量，溫升效率是用來計算其效率最常用的方法之一，尤其是對于壓氣機的單級效率，只能采用溫升法進行測量。因此，準確測定壓縮系統(tǒng)進出口截面的溫升，是研制高性能航空發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)支撐。溫升法測量壓氣機效率的計算公式如下：

2、

3、其中ηc表示壓氣機效率，tt1和tt2分別表示壓氣機進、出口總溫，πc表示壓氣機總壓比，k表示比熱比。對于溫升法測量效率而言，進出口溫升越小，精確測量效率的難度越大，其主要原因在于進出口溫升相對測量誤差較大。

4、熱電偶在測量溫度時，與穩(wěn)態(tài)條件下氣體實際溫度之間的差異主要源于以下三種誤差：速度誤差、導熱誤差和輻射誤差。在低于800k的溫度范圍內(nèi)，輻射誤差可以忽略不計。

5、速度誤差可以通過實驗校準，利用恢復系數(shù)進行校正。然而，導熱誤差依然是航空航天與能源領(lǐng)域中的技術(shù)難題，尚未得到有效解決。

6、目前通常采用傳統(tǒng)的正對來流的熱電偶以及鉑電阻總溫探針進行壓氣機流場總溫測量，其主要存在五個方面的缺陷：其一，熱電偶傳感器導熱誤差較大；其二：傳統(tǒng)的導熱誤差修正方法基于雙曲余弦函數(shù)的假設(shè)，這一假設(shè)在實際應用中往往過于簡化，導致修正后的溫度測量結(jié)果與實際溫度存在較大偏差，特別是在需要高精度測量的場合；其三，傳統(tǒng)的導熱誤差修正方法依賴于熱電偶根部溫度的準確測量，然而，單絲熱電偶由于結(jié)構(gòu)限制，無法直接提供這一關(guān)鍵溫度數(shù)據(jù)，從而在修正導熱誤差時引入了較大誤差，無法滿足高精度測量的要求；其四，傳統(tǒng)的總溫探針熱電偶偶絲布局與來流方向平行，這種布局在低速或亞音速條件下可以提供較為準確的測量結(jié)果。然而，在高速或超音速條件下，由于氣流的高速沖擊，熱電偶偶絲容易被吹彎，導致測量結(jié)果失真，無法滿足高精度測量的要求。其五，傳統(tǒng)的總溫探針在低頻溫度波動條件下，由于熱節(jié)點與根部之間的溫度差異較大，導致熱電偶的測量結(jié)果存在顯著的導熱誤差。這一誤差在傳統(tǒng)的修正方法中無法得到有效解決，影響了溫度測量的準確性和可靠性。

7、因此，急需發(fā)展一種能夠在壓氣機性能測試中進行總溫高精度測量的總溫探針。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一種基于雙熱電偶的自修正總溫探針，探針整體采用“l(fā)”型設(shè)計，受感部基于細絲熱電偶溫度傳感器，兩根熱電偶頭部裸露偶絲平行放置，拉緊且呈“一”型，以解決壓氣機性能測試中總溫測量精度不足的問題。本發(fā)明提出了一種新的導熱誤差修正方法，該方法不依賴于熱電偶根部溫度的測量。通過實驗和理論分析，結(jié)合計算流體動力學(cfd)模擬，本發(fā)明能夠直接從熱電偶的測量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，從而精確地修正導熱誤差。

2、雙熱電偶的自修正總溫探針由探針支桿和滯止罩組成，探針支桿采用內(nèi)部空心的圓柱型設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅減小了流體動力學阻塞，還便于絕緣導線的布置和固定?？招慕Y(jié)構(gòu)允許導線通過，同時保持探針的整體強度和穩(wěn)定性。滯止罩采用采用高溫塑料制成，通過兩個直徑不同的圓柱體結(jié)構(gòu)以及在交界處采用雙扭線形式的過渡，有效地減小了流體動力學損失，并確保了流體在探針前端形成理想的滯止狀態(tài)。極大的減小了速度誤差，提高了溫度測量的準確性和穩(wěn)定性。在距離滯止罩入口處1mm的位置，開設(shè)兩個方孔，用于精確確定雙絲熱電偶的位置。此外，在滯止罩壁上開設(shè)兩個圓柱孔，用于引導熱電偶的導線，確保導線的順暢通過和固定。雙絲熱電偶采用50微米和75微米的細導線，為了避免裸導線之間以及導線和鋼桿之間的電接觸，細導線與較粗的絕緣導線通過焊接連接。在雙絲熱電偶中，由于直徑較大的熱電偶導熱誤差更高，因此測得的溫度t1大于t2。這種差異反映了熱電偶直徑對測量精度的影響。在雙絲熱電偶中，測量了兩個不同的溫度：t1和t2。通過理論分析，確定了兩個熱電偶測溫與實際來流溫度之間的關(guān)系式如下：

3、

4、通過風洞校準，獲取不同來流溫度下的t1，t2值。利用這些數(shù)據(jù)，通過線性回歸分析確定參數(shù)b，該參數(shù)反映了兩個熱電偶之間的線性關(guān)系。基于確定的參數(shù)b，可以精確推算出流體的總溫。

5、本發(fā)明提供了一種組合絲徑熱電偶總溫探針，要解決的技術(shù)問題是：第一，解決了現(xiàn)有熱電偶溫度傳感器總溫探針自身精度較差的問題。第二，解決了現(xiàn)有熱電偶總溫探針測量時需要提供熱電偶根部溫度才可修正導熱誤差的問題。第三，解決了現(xiàn)有組合絲徑熱電偶雙偶之間間距過大導致空間分辨率較低的問題。第四，解決了現(xiàn)有組合絲徑熱電偶總溫探針布局不合理，滯止罩通道內(nèi)部氣流能力損失大的問題。第五，解決了原有“l(fā)”型總溫探針速度誤差、導熱誤差較大，測量精度低的問題。

6、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

7、1、一種組合絲徑熱電偶總溫探針，由滯止罩(1)、探針支桿(2)、進氣段(3)、收縮段(4)、方型通孔(5)、熱電偶偶絲(6)、偶絲引線管道(7)，出氣段(8)、探針后蓋(9)組成，其特征在于：滯止罩(1)由圓柱體與快速收斂曲線旋轉(zhuǎn)體組合而成，滯止罩頭部(1)進行45°倒角、方型孔(5)內(nèi)側(cè)開有兩個偶絲引線管道(7)，兩根熱電偶偶絲(6)平行放置，拉緊且呈“一”型并穿過偶絲引線管道(7)；探針支桿(2)背對主流測開有一探針后蓋(9)，探針支桿(2)背向主流側(cè)伸出引線管道(7)并焊接在絕緣導線上。

8、2、滯止罩(1)材料為聚碳酸酯，由進氣段(3)和出氣段(8)兩個直徑不同的圓柱段組成，不同直徑間的圓柱通過收縮段(4)連接，進氣段(3)圓柱內(nèi)徑為2～8毫米，外徑為3～12毫米,長度為7～36毫米，收縮段(4)子午面型線為雙紐線或30～60°圓弧線，長度為1.5～8毫米，出氣段(8)圓柱內(nèi)徑為1～4毫米，外徑為2～8毫米，長度為3～9毫米。

9、3、滯止罩(1)圓柱體側(cè)邊對稱開有兩個邊長為1～4毫米的方型通孔(3)，方型通孔前端距離滯止罩入口處1～4毫米，分別在兩個方型通孔后端，沿主流方向開兩個圓柱型偶絲引線管道(7)引出熱電偶偶絲，管道直徑為0.2～1毫米，管道距離圓柱中垂面的距離為0.2～1毫米。

10、4、兩根熱電偶偶絲(6)為k型熱電偶，偶絲直徑分別為50微米和75微米，平行放置，拉緊且呈“一”型，熱電偶測量接點位于中央，兩個測量接點圓心間的距離為0.4毫米～1.6毫米，偶絲通過絕熱粘結(jié)材料固定在偶絲引線管道(7)內(nèi)。

11、5、探針支桿(2)長度為10～110毫米圓柱管，材料為聚碳酸酯，圓柱管內(nèi)徑為4～12毫米，外徑為6～18毫米。背對噴管的圓柱側(cè)面開有探針后蓋(12)，其橫截面為扇環(huán)，扇環(huán)圓心角為60°至150°，后蓋的長為2毫米至15毫米，后蓋沿圓柱軸向頂端距支桿(2)頂端為3毫米至8毫米。

12、本發(fā)明一種高頻動態(tài)三維全參數(shù)熱線式探針，具有以下有益效果：

13、有益效果一：本發(fā)明利用cfd模擬技術(shù)，在已知來流條件的基礎(chǔ)上，通過改變滯止罩溫度來模擬不同工況下的熱電偶測量溫度。通過線性回歸分析，確定了兩個熱電偶之間的線性關(guān)系參數(shù)，通過利用兩個熱電偶之間的線性關(guān)系，本發(fā)明能夠在無需提前預測熱電偶根部溫度的情況下，修正導熱誤差。這一創(chuàng)新方法大大簡化了修正流程，提高了總溫探針的測量精度。

14、有益效果二：本發(fā)明使用的熱電偶直徑小，能夠極大的減小熱電偶和滯止罩之間的熱傳導，同時，本發(fā)明通過將雙絲熱電偶的測量接點間距設(shè)計得非常小，實現(xiàn)了極高的空間分辨率。這種設(shè)計使得探針能夠捕捉到更細微的溫度變化，適用于對溫度分布要求極高的應用。

15、有益效果三：本發(fā)明的探針滯止罩采用隔熱材料，減少了滯止罩與探針支桿之間的熱交換，從而降低了因熱傳導引起的導熱誤差。

16、有益效果四：，熱電偶偶絲通過偶絲支桿固定、拉直，呈“—”型，熱電偶測溫接點位于中央，在正對氣流方向，裸露偶絲與偶絲支桿呈“п”字型。該支撐結(jié)構(gòu)可以保證熱電偶偶絲的強度，在流場中不易吹彎或者斷裂。

17、有益效果五：本發(fā)明滯止罩內(nèi)兩個直徑不同的圓柱體結(jié)構(gòu)以及在交界處采用雙扭線形式的過渡，有效地減小了流體動力學損失，并確保了流體在探針前端形成理想的滯止狀態(tài)。極大的減小了速度誤差。